基于智能切换控制系统的人才培养模式探索

谢桂花 杨剑锐

摘 要：将系统工程技术中的智能切换控制系统思想与人才培养实际有机结合，建立一套以智能切换控制系统方法论为技术核心的高校人才培养新模式，通过构建大数据智能决策技术、模态依赖反馈控制方法、最小驻留时间切换等动态人才培养机制，探索智能切换控制系统思想视角下人才培养组织结构、教育责任主体、教育流程等实施路径，为构建面向新工业革命的高校人才培养工作提供新改革思路。

关键词：人才培养;切换控制系统;智能决策系统;模态依赖反馈控制器

DOI：10.15938/j.cnki.iper.2022.02.030

中图分类号：G641    文献标识码：A    文章编号：1672-9749（2022）02-0164-05

社会对人才需求的综合化和多样化对高校人才培养提出了新挑战，当前人才培养存在以下不足：一是高校仍沿用集中教育模式，即同一个专业的学生集中采用一种培养方式和教学内容，忽略了学生个体的差异性，导致学生不能发挥个人特长;二是缺乏个性化、有效的需求与供给结构匹配机制，教育过程往往无法满足或支撑每一名学生不同的职业规划和就业期望;三是“开环控制”的传统教育模式，即单纯根据教育决策者和执行者的经验制定政策，缺乏对培养模式效果的反馈控制和政策调整，缺少对学生培养结果与期望目标的有效对比、分析、调整。

一个系统的有效运转需要引入反馈控制，根据实际输出与期望目标的对比不断调整控制策略，使其更好地达到稳定。[1]高校教育是一个系统性工程，控制对象是学生，要培养出社会需求人才的关键是针对每一个学生本体，设计更加适合其发展的培养方案，加强对其培养效果的监督和反馈并对下一步培养方案进行实时调整，这是以系统工程模式进行高校人才教育的关键技术和优势所在。为实现新的人才培养模式，本文将切换控制理论和基于大数据的智能决策技术引入高校教育工作中，增强高校人才培养模式的系统性，提高人才培养质量，实现多元化的人才需求。

一、基于智能切换控制系统建模的人才培养模式的基本内涵

切换控制系统由多个子系统及一组描述子系统切换规则的切换信号组成，其中不同子系统描述不同的系统特性。因此，该系统在保证控制目标不变的情况下，运用多样的切换信号来描述更加复杂的系统过程。高校人才培养模式同切换控制系统的原理类似，是期望目标确定，且控制过程复杂的系统工程。整个培养过程具有如下显著特点：

1.系统性

“受教育本体—基层实施者和辅助教育者—政策执行者—教育决策者”是一个四位一体、相互作用的教育体系。

2.动态性

受各种主客观因素影响，在对学生个体的培养过程中，纵向的时间和横向的个体差异具有不确定性，使得培养过程是动态变化的（如图1所示）。

3.分段化

每个学生个体的培养过程从学制上，分为3-5年;从专业技能培养上，分为基础课程—专业平台课程—专业技能课程等不同阶段，使培养过程具有层次化，从而保证教育效果和质量的最优化。

4.多元化

多元化包含两个层次的含义。第一，学生个体需求多元化。每个学生的职业规划不同，对能力要求具有差异性。第二，社会、企业需求多元化。社会、企业需要综合性人才，即学生除具备专业知识外，还需具备心理承受、言语表达、人际交往等能力。

综上所述，一个系统的培养体系需要对每个学生个体在专业技能、心理健康、职业规划、社会认知、团队协作等方面进行全方位教育，而这个过程由于学生专业、成长环境、个体差异等因素导致实施路径不同。由于高校学生量大，且需针对个体确定最优培养方案，所以高校人才培养是一项复杂的系统工程。本文借鉴大数据的智能决策技术，即以神经网络智能决策方法为核心，以已有学生个体培养数据为学习和训练样本，优化每个学生个体培养方案，使得整个培养体系实现智能化。

二、基于智能切换控制系统建模人才培养模式的工作机制

基于智能切换控制系统建模人才培养模式的基本系统框架和反馈控制工作机制如图2所示。整个人才培养控制系统框架有一个基本目标：以专业基础教育为主线贯穿始终，同时针对不同学生个体职业规划，以开展专业能力提升或非专业技能培养为分阶段目标，培养具有良好的专业技能、学习能力、适应能力、交际能力以及成熟人格品质的多元化技术人才。

整个系统模块分为三部分：基于大数据智能子系统建模技术的人才培养阶段（1，2，…，n）建立、基于模态依赖控制器技术的人才培养方案设计、基于最小驻留时间监督切换信号技术的人才培养阶段过渡和培养效果分析。其中第一部分有两个要素：一是保证大数据的客观性、全面性、準确性;二是考虑个人技能特长、职业发展规划等主观因素。目前，国内有些高校已在数据的收集和分析中展开工作，例如高校有关部门到用人单位走访调研并收集数据、建立以校友会为媒介的校—企实习基地等，但缺乏系统性和全面性。因此，大数据要包括教育管理和人才服务部门统计的数据档案、社会用人单位需求分析和校友反馈等客观信息。在决策过程中，如果主要依据局部或个人经验，通过“专家经验”、案例等进行确定，则有失专业性和广泛性。如果将高校人才培养成功的案例数据和神经网络智能决策技术相结合，用控制领域的智能算法结合大数据优势，先对典型样本进行学习和训练，再为个体样本提供多元化的智能决策， 这样既能满足不同学生个体、不同职业规划、不同培养过程等层面的需求，又使解决方法具有多样选择性和最优化特性。第二部分是以模态依赖控制反馈思想为依据的人才培养过程。针对不同阶段培养目标实施不同培养方案，不固化模式，充分考虑学生个体的差异性。第三部分是不同培养阶段的培养效果分析和过渡转换。由监督切换信号进行动态监督调节，有利于前期智能决策方案的有效实施和最终培养目标的高效实现。

1.基于大数据—智能决策技术的人才分阶段培养方案建模机制

子系统模块主要确定整个培养周期分几个阶段。这些阶段可以依据学制、专业授课进程或者个体自身特点等来划分。以一个本科四年制的自动化专业学生为例，根据培养年份分可以为四个不同的子系统;根据专业进程可以分为基础课程、专业过渡、专业平台、专业实习等阶段子系统;根据个体自身特点可以分为综合素质培养、能力提升、实践提升等子系统。

基于“神经网络+高校人才培养数据库”的子系统建模过程如图3所示。其中神经网络模块依据学生个体需求提供培养内容，以专业特点、社会需求、高校体系、个人职业规划目标等因素进行指标量化作为输入条件，经过“输入层—隐含层—输出层”三层神经网络结构训练，输出为专业需求、外语需求、组织管理能力、心理素质等技能，为整个培养过程建立分阶段培养目标。而后通过高校人才培养数据库确定每个学生个体的分阶段培养目标和合理的培养方式，其中高校人才培养数据库主要包括高校大量优秀毕业生成功的培养方式、培养效果等内容。对于数据库的建立，当前各个高校已经陆续展开相关工作。

“神经网络+高校人才培养数据库”过程所得结果即为针对这个学生个体最优的培养方案，这个方案包括三部分内容：整个培养周期中具体包括几个阶段;每个阶段需要完成什么样的培养目标;每个阶段最小驻留周期。上述过程即完成了智能切换控制系统的子系统建模。

2.基于模态依赖反馈控制的人才分阶段培养机制

切换控制系统的反馈控制过程即高校人才培养具体实施过程。不同于传统的人才培养机制，基于切换控制系统的人才培养过程凸显了分阶段分目标培养的特点，且每个阶段的培养目标不同，所实施的培养方式也更加灵活多变，而不是固化的，这也是模态依赖反馈控制思想最主要的优点，保证培养方案实施效果的最大化。

首先，根据前一模块确立的分阶段培养目标，建立相应的培养过程和方式。例如，首先培养学生的组织管理能力，然后培养外语能力。相应的培养过程：第一阶段鼓励学生参加学生组织活动、参与社会实践以提升相关技能，主要突出“实践”的培养方式[2];进入第二阶段，提升外语能力，主要靠“学习”和“练习”，以课堂教育为基础，以外教授课、英语沙龙等形式为辅，不断练习和巩固“学习”阶段的成果。

其次，要加强该阶段对受教育学生个体的实施监督，除了每学期期中和期末的定期检查，还要针对那些正处于特殊培养阶段的学生个体进行动态监督，保证其某个培养时期没有大的起伏变化。例如某些学生为了锻炼自己的组织和协调能力，在从事某些学生或社会组织活动时，常常旷课，甚至出现组织“小团体”和酗酒等不良风气。这些现象在很多学生组织中普遍存在，违背了最初参加该组织的初心，影响该学生后期的培养计划，严重的将致使其误入歧途。

3.基于最小驻留时间监督切换信号的人才分阶段培养周期切换机制

监督和切换信号的作用是对子系统模块之间的切换周期进行调控，同时对子系统的反馈控制效果进行监督，以便对切换信号或反馈控制环节进行及时动态调整，使培养过程达到最优效果。监督和切换信号有最小驻留时间，如果不能保证有效的“驻留时间”停留，即使单个子系统的控制模式正确，也有可能导致整个切换控制系统不稳定，人才培养目标不能达到社会需求。这也是切换控制系统和其他系统的不同之处。[3]

最小驻留时间指学生个体对某一阶段知识或能力获取的最小时间。如图4所示，其中τi，i=1，2，…，n代表第i个子系统的最小驻留时间，该子系统的运行时间必须大于等于最小驻留时间，即ti-ti-1≥τi，该时间是根据高校人才培养数据库获取的先验知识。以计算机专业的学生攻读外语二学位为例，学生所需最少周期是两年，这是相关制度制约，即在培养机制中获得外语二学位的最小驻留时间是两年，即τi=24（以月为培养周期）;以学生通过英语四级考试为例，需要一个或者更多个学期，这里最小的通过周期（例如一次通过，即一学期）就是最小驻留时间，即τi=6。最小驻留时间因人而异，因目标而异，整个培养阶段不同个体根据自身情况可以优化缩短，但最小驻留时间是不可变的，切忌急于求成、铤而走险。例如考试作弊、证书作弊等行为。这样既达不到培养效果，又使学生的学业受到影响，个体的培养系统超出可控的范围，即系统发散。显然，系统发散不是高校教育想要的结果，因此在智能决策或人为干预系统切换阶段，一定要考虑最小驻留时间的影响因素。

三、基于智能切换控制系统建模人才培养模式的实施途径

由上述分析可知，基于智能切换控制系统思想的高校人才培养体系涉及高校各部门，在整个过程中，教育决策者、政策执行者、基层实施者、辅助教育者和受教育本体（学生）都承担着十分重要的角色和不可替代的作用。那么，各个角色的定位和实施过程如何分工呢？下面将对该问题进行详细探讨。

1.打造智能切换控制系统人才培养的协同组织格局

教育决策者和政策执行者是整个培养方案的顶层设计者和驱动者，对智能切换控制系统的人才培养方案实施具有至关重要的作用：第一，教育决策者主要由高校领导层和教务、党团政工部门组成。在智能切换控制系统人才培养系统中，主要负责教育方针政策引领。例如人才培养数据库的建立是整個智能子系统建模的核心，只有建立并不断补充和完善人才数据库，才能更好地紧跟时代发展，更好地开展后期模态依赖反馈控制以及最小驻留时间切换的培养过程。第二，政策执行者主要包括二级学院或专业的领导机构。主要将智能切换控制系统的顶层教育方针政策，结合本学院和本专业的特点，制定实施具有可操作性的且更加灵活的教学方案或内容体系。

2.明晰智能切换控制系统人才培养的教育主体责任

基层实施者和辅助教育者分别指专业授课教师和辅导员。根据智能切换控制系统人才培养方案实施过程，两者分别在专业教育和学生思想教育引导方面对学生实施培养教育，直接决定最终培养效果的好与坏。基层教师和辅导员需要承担的作用包括：第一，对每一个学生的家庭背景、个人情况及未来职业期望深入了解，同时根据每个学生的具体情况，分析制定合理的培养方案和过程。[4]其中包括分阶段培养子系统的建模、多途径培养教育模态依赖控制器的设计以及每个培养阶段的最小培养周期（即最小驻留时间）的确定。第二，对学生个体的各培养阶段实施监督控制，即子系统的控制反馈，确保每个学生个体培育过程的顺利开展和最终效果，在满足最小培养周期（最小驻留时间）条件的同时将其缩减至最小。

3.构建智能切换控制系统人才培养模式

学生是人才培养的实施对象，也是智能切换控制系统人才培养模式的成败关键。作为受教育本体，其客观的成长背景和主观的个人性格、职业期望等，都是影响整个培养过程的重要输入因素。针对每一名受教育的学生个体，应重点关注以下两方面：第一，学生的家庭背景、个人性格、就业期望、喜好特长等;第二，学生的思想意识动态，即学生在每个阶段的培养过程中是否有成功时的骄傲、失败时的挫败心理以及消极对待培养过程等情况。

综上所述，一个完整的人才培养流程如图5所示。

智能切换控制系统人才培养具体操作流程如下：

第一，在新生（受教育本体）入学时完成基础数据调查，包括纵向和横向两个维度。其中横向维度包括家庭背景等客观因素，以及学生兴趣特长、心理素质等;纵向维度主要包括新生以前的学习成绩、受教育经历等因素和未来职业初步规划、社会需求等，并初步建立学生数据库。

第二，针对第一步建立的学生数据库，同时考虑专业特点等因素，通过“神经网络+高校人才培养数据库”建立培养过程的子系统建模，并完成每个培养阶段的培养方案。前两个过程主要在入学第一年内完成。

第三，针对已经确立的培养方案，按顺序启动相应的培养阶段，并根据该阶段的培养目标对培养过程进行实时监督，确保在满足最小驻留时间的基础上完成培养方案。然后对培养结果进行判定，满足预期目标，进入下一阶段，否则重新培养。

第四，按方案完成所有阶段的培养以后，进入高校就业期（一般为学业最后一年第一学期）。受教育个体应该基本具备职业规划和用人单位所需的主要能力，即可以展开求职就业相关安排。

第五，如果該学生个体能够符合社会需求按预期就业，则说明该学生的培养方案是成功的;如果未按预期就业，则需要进一步分析整个培养方案和过程的不足之处。对上述数据进行整理存储，并更新到高校人才培养数据库中。

基于智能切换控制系统思想的高校人才培养是一项十分复杂的大系统工程，依靠先进技术建立数字化、可视化的网上网下一体化管理系统，将整个培养过程的数据获取、方案决策、培养实施、反馈监督等过程集成到一个系统过程中，可以增加教育资源和人力需求，也可增加培养过程的规范性[5]。通过建立高校人才培养数据库，为人才培养的方案选择提供了更加智能和优化的决策。同时根据多样化、综合素质人才的需求，建立了切换系统分段控制的方式，将人才需求的指标分解成多个子培养过程，建立对应的控制子系统，进而建立模态依赖分段人才培养方案。此外，针对不同培养阶段，提出了最小驻留时间监督切换的培养过程过渡方式[6]，这样不仅能保证分段培养的质量和效果，同时还能缩短培养周期。最后，针对高校人才培养实施过程中不同角色人员的定位进行了职责分析，给出了合理的人才培养流程，为新形势下高校人才培养模式提供了一种可行方案。

参考文献

[1] 曹玉华，郭晓燕，高锐涛.“控制论系统观”视阈下人才培养模式的构建[J].黑龙江高教研究，2011（3）：134-136.

[2] 王娜.新时代高校全员育人常态化的制度路径研究[J].思想政治教育研究，2020（3）：111-114.

[3] 董伟.论思想政治教育运行的控制[J].军队政工理论研究，2004，5（1）：44-47.

[4] 谢桂花.大学生职业生涯规划教育体系探微[J].思想政治教育研究，2013（5）：129-131.

[5] 李华.师范教育实习评价指标模型及反馈控制的研究[J].高等师范教育研究，1995（3）：36-41.

[6] 王顺.网络化线性切换系统有限时间控制问题研究[D].哈尔滨工业大学，2016：35-60.

[责任编辑：杨小扬]